[发明专利]高度缩放的线性GaN HEMT结构

说明书

一种晶体管包括衬底、耦合到衬底的沟道层、耦合到沟道层的源极、耦合到沟道层的漏极、以及在源极与漏极之间耦合到沟道层的栅极。栅极在靠近沟道层之处具有小于50纳米的长度尺寸，并且沟道层包括至少第一GaN层和在第一GaN层上的第一缓变AlGaN层。

【相关申请的交叉引用】

本申请涉及并要求2018年2月14日提交的美国临时专利申请编号 62/630688的优先权，该申请通过引用并入本文，如同完全阐述一样。本申请还要求2018年12月12日同时提交的美国专利申请编号16/217714的优先权，该申请通过引用并入本文，如同完全阐述一样。

【关于联邦资金的声明】

本发明是在美国政府合同N00014-14-C-0140下进行的。美国政府在本发明中具有特定权利。

【技术领域】

本公开涉及GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。

【背景技术】

通常，根据输出三阶截取点OIP3/P_DC的线性度品质因数(LFOM)来定义晶体管线性度。大多数现有半导体技术限于10dB的LFOM。例外包括：如通过引用并入本文的以下参考文献1所述的，LFOM为～50dB的掺杂沟道 GaAs MESFET；如通过引用并入本文的以下参考文献2所述的，负载匹配之后LFOM为128dB的缓变沟道GaAs MESFET；以及如通过引用并入本文的以下参考文献3所述的，LFOM为41dB的双(即，前侧和后侧)脉冲掺杂 InP HEMT。这些LFOM的改进是由于具有分布掺杂分布的晶体管结构而产生，导致g_m和C_gs的非线性度减小。可惜的是，这些GaAs MESFET具有劣化的沟道迁移率、跨导以及噪声系数，所有这些都限制了它们在低噪声和高线性度接收器应用中的实际使用。双脉冲掺杂InP HEMT可以在毫米波(mmW)频率下提供高f_T/f_max和低噪声，但是它们的LFOM由于它们的低击穿电压而在-20dBm功率电平之上迅速劣化。这种劣化限制了它们在具有高峰均功率比(例如，对于宽带码分多址(WCDMA)为10.6，对于正交频分复用(OFDM)和带内干扰为～12)的接收器应用中的使用。由于跨导和基极-集电极电容的非线性，报告的最高的HBT器件中LFOM对于GaAs HBT 为～11dB，如通过引用并入本文的以下参考文献4所述。这些HBT器件通常也具有比HEMT器件更高的噪声系数。如通过引用并入本文的以下参考文献 5所述的常规GaN HEMT、如通过引用并入本文的以下参考文献6所述的GaN FINFET以及如通过引用并入本文的以下参考文献7所述的碳纳米管FET的报道LFOM小于10dB。

近来，已经报道了具有缓变(graded)AlGaN沟道的GaN FET在栅极电压上显示出有前景的线性化g_m，但没有报道测量的线性度数据，并且报道的器件跨导低，93mS/mm或～159mS/mm，如以下通过引用并入本文的参考文献8和9所述。这些器件还具有低迁移率(524cm²/Vs)。

最重要的是，由于沟道温度上升，在～0.5I_ds附近获得现有技术半导体技术的最佳LFOM，而在～0.2I_ds偏置点附近获得最佳噪声系数。因此，现有技术晶体管的器件线性度对噪声系数不可避免地受到折衷。

通过引用并入本文的以下参考文献10中描述了复合沟道GaN HEMT，并且该HEMT已经显示出双沟道GaN异质结构改善了接入电阻。然而，作者描述了去除沟道区内的顶部沟道，同时保持源极和漏极欧姆区中的双沟道，这使得该器件的有源沟道区有效地成为信号沟道GaN HEMT的有源沟道区。

【参考文献】

此通过引用将以下参考文献并入本文，如同完全阐述一样。